От какво са направени каросериите на автомобилите

При разработването на нов модел автомобил всеки производител се стреми да увеличи динамиката на своите продукти, но в същото време да не лишава автомобила от безопасност. Въпреки че динамичните характеристики до голяма степен зависят от вида на двигателя, тялото на автомобила играе съществена роля. Колкото по-тежък е той, толкова повече усилия ще направи двигателят с вътрешно горене, за да ускори транспорта. Но ако колата е твърде лека, това често оказва негативно влияние върху притискащата сила.

Като правят своите продукти по-леки, производителите се стремят да подобрят аеродинамичните свойства на каросерията (какво е аеродинамика, е описано в друг преглед). Намаляването на теглото на превозното средство се извършва не само благодарение на монтажа на агрегати, изработени от леки легирани материали, но и поради леките части на тялото. Нека да разберем какви материали се използват за направата на каросерии за автомобили, както и какви са плюсовете и минусите на всеки от тях.

Праистория на каросериите на автомобилите

На каросерията на съвременния автомобил се отделя не по-малко внимание от неговите механизми. Ето параметрите, на които трябва да отговаря:

1. Трайно. При сблъсък не трябва да наранява хората в купето. Торсионната твърдост трябва да гарантира, че автомобилът запазва формата си при движение по неравен терен. Колкото по-малък е този параметър, толкова по-вероятно е рамката на автомобила да се деформира и транспортът да бъде неподходящ за по-нататъшна експлоатация. Особено внимание се обръща на здравината на предната част на покрива. Така нареченият тест "лос" помага на автомобилния производител да определи колко безопасна ще бъде колата при удряне на високо животно, като елен или лос (цялата маса на трупа пада върху предното стъкло и горната преграда на покрива над него ).
2. Модерен дизайн. На първо място, сложните шофьори обръщат внимание на формата на каросерията, а не само на техническата част на автомобила.
3. Сигурност. Всички в превозното средство трябва да бъдат защитени от външни влияния, включително при страничен сблъсък.
4. Универсалност. Материалът, от който е направен корпусът на автомобила, трябва да издържа на различни атмосферни условия. В допълнение към естетиката, боядисването се използва за защита на материали, които се страхуват от агресивна влага.
5. Трайност. Не е необичайно създателят да пести от материал на каросерията, поради което колата става неизползваема само след няколко години експлоатация.
6. Поддържане. Така че след лек инцидент да не се налага да изхвърляте колата, производството на модерни типове каросерии предполага модулен монтаж. Това означава, че повредената част може да бъде заменена с подобна нова.
7. Достъпна цена. Ако каросерията на автомобила е направена от скъпи материали, на обектите на автомобилните производители ще се натрупат огромен брой непотърсени модели. Това често се случва не поради лошо качество, а поради високата цена на превозните средства.

За да може моделът на каросерията да отговаря на всички тези параметри, производителите трябва да вземат предвид характеристиките на материалите, от които са направени рамката и външните панели на тялото.

Така че производството на автомобил не изисква много ресурси, инженерите на компаниите разработват такива модели на каросерията, които ви позволяват да комбинирате основната им функция с допълнителни. Например основните елементи и интериорните части са прикрепени към конструкцията на автомобила.

Първоначално дизайнът на автомобилите се основаваше на рамка, към която беше прикрепена останалата част от машината. Този тип все още присъства в някои модели автомобили. Пример за това са пълноценни SUV (повечето джипове просто имат подсилена структура на каросерията, но няма рамка, този тип SUV се нарича кросоувър) и камиони. На първите автомобили всеки панел, прикрепен към рамковата конструкция, може да бъде направен не само от метал, но и от дърво.

Първият модел с безрамкова носеща конструкция е Lancia Lambda, който слиза от поточната линия през 1921 г. Европейският модел Citroen B10, който беше пуснат в продажба през 1924 г., получи неразделна стоманена каросерия.

Ланча Ламбда

Citroen b10

Това развитие се оказва толкова популярно, че повечето производители по това време рядко се отклоняват от концепцията за изцяло стоманено монококово тяло. Тези машини бяха в безопасност. Някои фирми отхвърлиха стоманата по две причини. Първо, този материал не беше достъпен във всички страни, особено през годините на войната. На второ място, стоманеният корпус е много тежък, така че някои, за да инсталират двигател с вътрешно горене с по-ниска мощност, компрометират материалите на корпуса.

По време на Втората световна война стоманата е била дефицитна по целия свят, тъй като този метал е бил напълно използван за военни нужди. От желание да останат на повърхността, някои компании са решили да произвеждат корпусите на своите модели от алтернативни материали. Така че в онези години за първи път се появяват автомобили с алуминиево тяло. Пример за такива модели е Land Rover 1-Series (каросерията се състои от алуминиеви панели).

Друга алтернатива е дървена рамка. Пример за такива автомобили е модификацията на Woodie на Willys Jeep Stations Wagon.

Тъй като дървеният корпус не е издръжлив и се нуждае от сериозни грижи, тази идея скоро беше изоставена, но що се отнася до алуминиевите конструкции, производителите сериозно се замислиха за въвеждането на тази технология в съвременното производство. Докато основната очевидна причина е недостигът на стомана, това всъщност не беше движещата сила, зад която производителите на автомобили започнаха да търсят алтернативи.

1. След глобалната криза с горивата повечето марки автомобили трябваше да преосмислят производствената си технология. На първо място, аудиторията, която се нуждае от мощни и обемни двигатели, рязко е намаляла поради високата цена на горивото. Автомобилистите започнаха да търсят по-малко ненаситни автомобили. И за да бъде транспортът с по-малък двигател достатъчно динамичен, се изискваше лек, но в същото време достатъчно здрав материал.
2. В цял свят с течение на времето екологичните стандарти за емисиите от превозни средства стават все по-строги. Поради тази причина започна да се въвежда технология за намаляване на разхода на гориво, подобряване на качеството на изгаряне на въздушно-горивната смес и повишаване на ефективността на силовия агрегат. За да направите това, трябва да намалите теглото на цялата кола.

С течение на времето се появяват разработки от композитни материали, които позволяват допълнително да се намали теглото на автомобила. Нека разгледаме каква е особеността на всеки материал, който се използва за производството на каросерии за автомобили.

Стоманено тяло: предимства и недостатъци

Повечето елементи на каросерията на съвременния автомобил са изработени от валцувана стомана. Дебелината на метала в някои участъци достига 2.5 милиметра. Освен това в лагерната част се използва главно нисковъглероден листов материал. Благодарение на това колата е доста лека и същевременно издръжлива.

Днес стоманата не е в недостиг. Този метал има висока якост, елементи от различни форми могат да бъдат щамповани от него, а частите могат лесно да бъдат закрепени заедно чрез точково заваряване. При производството на автомобил инженерите обръщат внимание на пасивната безопасност, а технолозите - на простотата на обработката на материалите, така че разходите за транспорт да бъдат възможно най-ниски.

А за металургията най-трудната задача е да се хареса както на инженери, така и на технолози. Имайки предвид желаните свойства, е разработен специален клас стомана, който предлага идеалната комбинация от издърпване и достатъчна якост в крайния продукт. Това опростява производството на каросерии и увеличава надеждността на рамката на автомобила.

Ето още някои предимства на стоманения корпус:

• Ремонтът на стоманени изделия е най-лесен - достатъчно е да закупите нов елемент, например крило, и да го замените;
• Лесно е да се рециклира - стоманата е много рециклируема, така че производителят винаги има възможност да получи евтини суровини;
• Технологията за производство на валцувана стомана е по-проста от обработката на легирани аналози, така че суровината е по-евтина.

Въпреки тези предимства стоманените изделия имат няколко съществени недостатъка:

1. Готовите продукти са най-тежки;
2. Ръждата бързо се появява на незащитени части. Ако елементът не е защитен с боя, повредата бързо ще направи тялото неизползваемо;
3. За да има по-голяма твърдост стоманена ламарина, детайлът трябва да бъде щампован многократно;
4. Ресурсът на стоманените изделия е най-малък в сравнение с цветните метали.

Днес свойството на стоманата се увеличава чрез добавяне към състава на някои химични елементи, които увеличават нейната якост, устойчивост на окисляване и характеристики на пластичност (стоманата от марката TWIP е способна да се разтяга до 70% и максималният показател за нейната якост е 1300 MPa).

Алуминиев корпус: предимства и недостатъци

Преди това алуминият се използваше само за направата на панели, които бяха закрепени към стоманена конструкция. Съвременните разработки в производството на алуминий правят възможно използването на материала и за създаване на рамкови елементи.

Въпреки че този метал е по-малко податлив на влага в сравнение със стоманата, той има по-малка якост и механична еластичност. Поради тази причина, за да се намали теглото на автомобила, този метал се използва за създаване на врати, багажници, качулки. За да използва алуминий в рамката, производителят трябва да увеличи дебелината на продуктите, което често работи срещу по-лесен транспорт.

Плътността на алуминиевите сплави е много по-малка от тази на стоманата, така че шумоизолацията в автомобил с такова тяло е много по-лоша. За да гарантира, че интериорът на такъв автомобил получава минимум външен шум, производителят използва специални технологии за потискане на шума, което оскъпява автомобила в сравнение с подобна опция със стоманен корпус.

Производството на алуминиево тяло в ранните етапи е подобно на процеса на създаване на стоманени конструкции. Суровините се разбиват на листове, след което се щамповат според желания дизайн. Частите са сглобени в общ дизайн. Само за това се използва заваряване с аргон. По-скъпите модели използват лазерно точково заваряване, специално лепило или нитове.

Аргументи в полза на алуминиев корпус:

• Листовият материал е по-лесен за щамповане, поради което в процеса на производство на панели се изисква по-малко мощно оборудване, отколкото за щамповане от стомана;
• В сравнение със стоманените тела, идентичната форма, направена от алуминий, ще бъде по-лека, докато здравината в същото време остава същата;
• Частите лесно се обработват и рециклират;
• Материалът е по-траен от стоманата - не се страхува от влага;
• Цената на производствения процес е по-ниска в сравнение с предишната версия.

Не всички шофьори са съгласни да купят автомобил с алуминиев корпус. Причината е, че дори и при лек инцидент, ремонтът на автомобила ще бъде скъп. Самата суровина струва повече от стоманата и ако частта трябва да бъде сменена, собственикът на автомобила ще трябва да потърси специалист, който разполага със специално оборудване за висококачествено свързване на елементи.

Пластмасов корпус: предимства и недостатъци

Втората половина на ХХ век е белязана от появата на пластмаса. Популярността на такъв материал се дължи на факта, че от него може да се направи всяка структура, която ще бъде много по-лека от дори алуминия.

Пластмасата не се нуждае от боядисване. Достатъчно е да добавите необходимите багрила към суровините и продуктът придобива желания оттенък. Освен това той не избледнява и не е необходимо да се пребоядисва при надраскване. В сравнение с метала, пластмасата е по-трайна, изобщо не реагира с вода, така че не ръждясва.

Моделът Hadi има пластмасов корпус

Разходите за изработване на пластмасови панели са много по-ниски, тъй като за релеф не са необходими мощни преси. Нагряваните суровини са течни, поради което формата на частите на тялото може да бъде абсолютно всяка, което е трудно да се постигне при използване на метал.

Въпреки тези явни предимства, пластмасата има много голям недостатък - нейната здравина е пряко свързана с условията на работа. Така че, ако температурата на външния въздух падне под нулата, частите стават крехки. Дори леко натоварване може да накара материала да се спука или да се разлети на парчета. От друга страна, с повишаване на температурата, нейната еластичност се увеличава. Някои видове пластмаси се деформират при нагряване на слънце.

По други причини пластмасовите тела са по-малко практични:

• Повредените части могат да се рециклират, но този процес изисква специално скъпо оборудване. Същото важи и за пластмасовата индустрия.
• По време на производството на пластмасови изделия в атмосферата се отделят голямо количество вредни вещества;
• Носещите части на тялото не могат да бъдат направени от пластмаса, тъй като дори голямо парче материал не е толкова силно, колкото тънкия метал;
• Ако пластмасовият панел е повреден, той може лесно и бързо да бъде заменен с нов, но е много по-скъп от заваряването на метален пластир към метал.

Въпреки че днес има различни разработки, които премахват повечето от изброените проблеми, все още не е възможно да се доведе технологията до съвършенство. Поради тази причина броните, декоративните вложки, корнизите и само при някои модели автомобили - калниците са предимно от пластмаса.

Композитно тяло: предимства и недостатъци

Терминът композит означава материал, който включва повече от два компонента. В процеса на създаване на материал композитът придобива хомогенна структура, поради което крайният продукт ще има свойствата на две (или повече) вещества, съставляващи суровината.

Често композит се получава чрез залепване или синтероване на слоеве от различни материали. Често, за да се увеличи якостта на детайла, всеки отделен слой се подсилва, така че материалът да не се отлепва по време на работа.

Монококово тяло

Най-разпространеният композит, използван в автомобилната индустрия, е фибростъклото. Материалът се получава чрез добавяне на полимерен пълнител към фибростъкло. Външните елементи на корпуса са направени от такъв материал, например брони, радиаторни решетки, понякога оптика на главата (по-често те са направени от стъкло, а леките версии са направени от полипропилен). Монтажът на такива части позволява на производителя да използва стомана в структурата на носещите части на тялото, но в същото време поддържа модела доста лек.

В допълнение към изброените предимства, полимерният материал заема достойно място в автомобилната индустрия по следните причини:

• Минималното тегло на частите, но в същото време те имат прилична здравина;
• Готовият продукт не се страхува от агресивното въздействие на влагата и слънцето;
• Поради еластичността на етапа на суровината, производителят може да създаде напълно различни форми на части, включително най-сложните;
• Готовите продукти изглеждат естетически приятни;
• Можете да създадете огромни части на тялото, а в някои случаи дори и цялото тяло, както при китовите коли (прочетете повече за такива автомобили в отделен преглед).

Иновационните технологии обаче не могат да бъдат пълна алтернатива на метала. Има няколко причини за това:

1. Цената на полимерните пълнители е много висока;
2. Формата за производство на детайла трябва да е идеална. В противен случай елементът ще се окаже грозен;
3. По време на производствения процес е изключително важно работното място да се поддържа чисто;
4. Създаването на трайни панели отнема много време, тъй като композитът отнема много време да изсъхне и някои части на тялото са многопластови. Твърдите тела често се правят от този материал. За тяхното обозначение се използва крилатият термин "монокок". Технологията за създаване на монококови типове тяло е следната. Слой от въглеродни влакна е залепен с полимер. Върху него се полага още един слой материал, само така че влакната да са разположени в различна посока, най-често под прав ъгъл. След като продуктът е готов, той се поставя в специална фурна и се държи за известно време при висока температура, така че материалът да се изпече и да придобие монолитна форма;
5. Когато част от композитен материал се повреди, е изключително трудно да се поправи (описан е пример за поправка на броните на автомобила тук);
6. Съставните части не се рециклират, а само се унищожават.

Поради високата цена и сложността на производството, обикновените пътни автомобили имат минимален брой части, изработени от фибростъкло или други композитни аналози. Най-често такива елементи се инсталират на суперавтомобил. Пример за такава кола е Ferrari Enzo.

2002 Ferrari Enzo

Вярно е, че някои изключителни модели от цивилната серия получават оразмерени части от композит. Пример за това е BMW M3. Тази кола има покрив от въглеродни влакна. Материалът има необходимата здравина, но в същото време ви позволява да преместите центъра на тежестта по -близо до земята, което увеличава притискащата сила при влизане в завои.

Друго оригинално решение при използването на леки материали в каросерията на автомобила е демонстрирано от производителя на известната суперкола Corvette. Почти половин век компанията използва пространствена метална рамка, върху която са прикрепени композитни панели.

Въглеродно тяло: предимства и недостатъци

С появата на още един материал, безопасността и в същото време лекотата на автомобилите достигнаха ново ниво. Всъщност въглеродът е същият композитен материал, само оборудването от ново поколение ви позволява да създавате по-трайни структури, отколкото при производството на монокок. Този материал се използва в каросериите на известни модели като BMW i8 и i3. Ако въглеродът в други автомобили преди е бил използван само като декорация, то това са първите серийни автомобили в света, чийто корпус е направен изцяло от въглерод.

И двата модела имат сходен дизайн: основата е модулна платформа, изработена от алуминий. Всички възли и механизми на автомобила са фиксирани върху него. Купето на автомобила се състои от две половини, които вече имат някои интериорни детайли. Те са свързани помежду си по време на сглобяването с помощта на болтови скоби. Особеността на тези модели е, че те са изградени на същия принцип като първите автомобили - рамкова конструкция (само възможно най-лека), върху която са фиксирани всички останали отличия.

По време на производствения процес частите са свързани помежду си с помощта на специално лепило. Това симулира заваряването на метални части. Предимството на такъв материал е неговата висока якост. Когато автомобилът преодолее големи неравности, устойчивостта на усукване на каросерията не позволява да се деформира.

Друго предимство на въглеродните влакна е, че изискват минимум работници за производството на части, тъй като високотехнологичното оборудване се контролира от електрониката. Въглеродното тяло е направено от отделни части, които са оформени в специални форми. Полимер със специален състав се изпомпва във формата под високо налягане. Това прави панелите по-трайни от ръчното смазване на влакната. Освен това са необходими по-малки фурни за печене на дребни предмети.

Недостатъците на такива продукти включват преди всичко високата цена, тъй като се използва скъпо оборудване, което се нуждае от висококачествена услуга. Също така цената на полимерите е много по-висока от тази на алуминия. И ако частта е счупена, тогава е невъзможно да я поправите сами.

Ето кратко видео - пример за това как се сглобяват въглеродните тела на BMW i8:

Ето как е сглобен вашият BMW i8. Сглобяване на вашия автомобил BMW i8

Въпроси и отговори:

Какво е включено в каросерията на автомобила? Каросерията на автомобила се състои от: преден лонжерон, преден щит, предна колона, покрив, B-колона, задна колона, калници, панел на багажника и капак, дъно.

На какво се поддържа каросерията на автомобила? Основното тяло е космическата рамка. Това е конструкция, направена под формата на клетка, разположена по целия периметър на тялото. Тялото е прикрепено към тази носеща конструкция.